七、拱桥加固方法

拱桥加固方法第一节砖、石拱桥加固方法一、概述砖、石拱桥的加固一般可采用加固拱圈的方法来实现。因砖石拱桥在我国数量较多，且大多修建年代较早，有的损毁相当严重，这里结合维修技术一并介绍。圬工拱桥的修复宜采用与原桥相同的建桥材料，青砖、料石、素混凝土、混凝土预制块等不宜掺杂使用。修复拱圈的合拢温度以10～20℃为宜。车辆通行时桥梁出现较大振动但其他情况均较好时应考虑增大桥梁的刚度。当采用加载、减载加固措施时，必须考虑对邻孔的影响及墩、台的偏心作用。圬工拱桥因拱圈变形、受力不均、基础不均匀沉陷、墩台位移致使跨径变化，或施工不当会使拱圈产生裂纹、变位、碎裂等病害，维修、加固措施有：1）拱圈内腹及两侧出现大面积的严重风化剥落、灰缝脱落时，可先清除剥蚀面，在灰缝内嵌入水泥砂浆或环氧砂浆，再喷涂1～3cm厚的M10以上水泥砂浆。喷浆可分2～3次进行，每隔1～2日喷一层，并可加布一层钢丝网，以增强喷涂层强度。2）若拱顶附近出现一道贯穿拱宽的裂缝，且裂缝两侧有明显的高差，则应处理台墩中的下沉问题。同时可在缝内先压注水泥砂浆或其他化学浆液，再用水泥砂浆勾缝作为临时处理措施。若裂缝继续发展，可暂在拱腹内浇筑一层较厚的锚杆钢丝网水泥混凝土内衬。同时应查明裂缝产生的原因，采取相应的加固对策。3）若拱顶区段出现l～2道贯穿拱宽的裂缝，缝的两侧无明显的高差，但拱顶有较小的下降，则可作为墩台滑移或转动问题进行处理。可用环氧树脂处理裂缝，在拱脚处加设顺桥向预应力拉杆，减轻桥孔上的静载，或对应地加重邻孔的静载。4）若拱顶上凸且拱腹出现贯穿全拱宽的较细小裂纹和压碎裂纹，可考虑墩台滑移和台后土压力过大，此时需减轻台后土压力，增加桥孔上的净重及用钢筋混凝土加厚拱顶和拱脚断面，使拱圈基本归位后再用环氧树脂处理裂纹，并加以勾缝。5）若墩台、基础情况基本正常，仅拱圈出现不同程度的碎裂、边角断裂、脱落等破坏现象，可考虑为劣质材料、施工质量欠佳或超载所致，宜更换填料为轻质材料，增强桥面铺装的纵横向刚度以减轻或分摊负荷，并及时修复破损的拱圈。6）若拱圈出现顺桥方向的裂缝，墩、台帽或帽梁亦断裂，可考虑因墩台基础上下游沉降不均所致，应以处理基础为主。先将裂缝处理并配合在帽梁、墩台两侧加设顺水流方向的体外预应力钢筋，张拉后用砂浆加以覆盖。也可在拱圈的跨中的1／4处加设三道（或多道，视具体情况而定）钢板箍（钢板宽6～8mm）或钢拉杆，用螺栓在拱底及拱侧钻孔锚固，并注意将锚固点设在拱圈厚度1／3处，锚固孔用膨胀水泥砂浆填塞。因施工质量不良造成的顺桥方向裂缝，可采用环氧树脂等化学浆液进行修补，或对施工不良的部位进行可能的改造。顺桥方向拱圈的各环之间开裂时，可在拱腹内钻孔压入环氧树脂等化学粘结剂或裂缝灌浆剂。7）若干砌拱圈的个别拱圈石压碎或小区段外凸，可将变异部分挖出，清除修补面上的附着杂屑并冲洗干净后压入不低于C30的混凝土。四分点区段有轻微外凸拉直时，可在该区段内钻出几个梅花形孔洞，压人1：2水泥砂浆充填拱背，拱腹进行局部勾缝。当拱顶段出现下沉时，除钻孔压浆充填拱背外，在拱腹一定长度内还宜铺挂一层钢丝网井喷涂2～5cm厚的水泥砂浆。8）若侧墙产生水平方向的分离，则应开挖拱腔，将填料改为轻质填料或半刚性材料以及加厚侧墙断面。如在垂直方向产生位移，则可能是拱圈发生了较大变形，或跨径增大，在做好相应处理措施后对侧墙裂缝进行灌浆勾缝。9）若圬工肋拱因横向刚度不足，肋间结构产生断裂或两肋分离，除对裂缝给予粘贴钢板、勾缝补强维修外，还可在肋的四分点至拱顶区段增设预应力钢筋或钢筋混凝土横系梁，以加强两肋间的横向刚度。肋脚与墩台帽接触的顶面、两侧产生轻微裂缝时，可用环氧砂浆灌浆勾缝；严重的或有继续发展趋势的，可用粗钢筋、型钢错入墩台帽内，锚入长度应有足够深度，将钢筋或型钢用环氧粘结剂粘附于拱肋脚顶面、侧面，外用环氧混凝土覆盖，并在拱脚段加强横向联结。10）若墩、台帽面层出现被肋脚压碎现象，可将肋脚两侧横向锚入短节粗钢筋，并浇筑梯形混凝土扩大肋脚断面；若肋间的墩台出现竖直裂缝，可在裂缝处粘锚钢筋，其长度应为肋间距加三倍肋宽，外用环氧混凝土覆盖，并加强肋脚处横系梁刚度；若肋间的横向承重结构如拱波、微弯板等跨中出现断裂，可在用环氧砂浆嵌缝后，再在拱波（板）的顶面加铺钢筋混凝土板，同时减轻回填料的容重以符合原设计的要求；若腹拱的拱圈石、灰缝出现间断裂缝，或个别拱圈石有下坠趋势时，可用水泥砂浆嵌人裂缝并勾缝，对即将坠落的拱圈石两侧用环氧砂浆嵌入勾缝。若已设有伸缩缝，则可通过切锯排除其中阻塞物体。若因墩台下沉变位而引发拱圈破坏，则应重点考虑加固墩台。干砌或砌体结合差、裂缝较大的拱圈，可采用水泥砂浆填补缝隙来提高砌体强度，对于砌体损坏严重、拱轴严重变形的拱圈必须通过翻修来提高承载力。二、加固方法砖、石拱桥常用加固方法参见表8-1第二节双曲拱桥加固方法双曲拱桥是诞生于上世纪60年代的一种新型桥梁形式。由于其具有结构新颖、轻巧、省料、便于施工等优点，很快在全国范围内得到了推广应用。然而，由于当时设计、施工的经验不足及其他种种时代原因。很多拱桥使用一段时期后，就出现了不同程度的损坏，亟待维修加固。经过桥梁工作者的长期努力，双曲拱桥的维修、加固方法已日趋成熟，现将其常见病害及维修、加固对策一并介绍。一、常见病害双曲拱桥常见的病害比较多，具体可参见表8-2。病害说明1墩台位移引起破坏双曲拱桥由于自重较大，其相应水平推力也较大，当设计、施工不当时，往往易引起墩台的较大位移和沉降。若位移和沉降较大，必将出现拱圈下沉、开裂，拱肋与拱波分离，侧墙与拱肋分离，空腹小拱开裂或立柱严重裂缝等病害2拱肋强度不足引起承载能力降低拱肋是拱桥上拱圈的重要组成部分，它与拱圈共同承受全部恒载和活载，是主要受力构件。因此，当其抗弯强度和刚度不足时，往往使承载能力降低，同时还会引起其他构件的损坏。3横向联系不足引起失稳双曲拱桥拱肋中设置横向联系粱是很重要的。当拱肋间无横向联系时，在集中荷载(车辆荷载)作用下，各片拱肋的变形在线性方向是很不均匀的。有横向联系的拱圈，各肋间变形比较均匀。且随着横向联系的加强，各肋间的变形就更趋一致。由于横向联系的设立，使单片的拱肋在横向联成整体，形成一个拱形框架，从而大大加强了拱肋的横向刚度，保证了拱肋的横向稳定性。当横向联系布置不够或强度不足而产生损坏时，会减低拱桥横向稳定，拱波顶会出现纵向裂缝。4拱上填料排水不畅引起侧墙鼓胀破坏双曲拱桥侧墙发生鼓肚，一般是由于排水不良，填土内聚积大量水分而造成膨胀，也可能是砌筑质量不佳引起的二、维修方法若双曲拱桥的拱脚段拱波顶出现沿桥轴线的纵向裂纹，可在裂纹中注入环氧树脂粘结剂，并用环氧砂浆勾缝。若填平层同时有裂纹，可用较低标号钢筋混凝土加厚该区段。拱脚段的拱背出现横向裂纹（垂直于桥轴线），内腹有压碎性发纹，可在桥台的前墙，或墩身与拱背交界处钻孔锚入Φ16～Φ25的粗钢筋或型钢，钢材间距20～30cm，再用环氧树脂粘结于拱背上，钢材长度应超过裂纹至小30～50cm，其上覆盖5～8cm厚的环氧混凝土。若拱顶段的波顶出现纵向裂缝（纹），在尚未发展到桥面时则应加厚拱波。若深度发展至填平层时，则须开挖路面加厚垫平层，并加强两助间横系梁的刚度，如拱波间灰缝脱落，可用1：2砂浆勾缝。若拱波与拱肋接触处产生纵向裂缝（纹），可沿此缝隙每间隔l～2m嵌入高强混凝土预制块件将波助联结，所有缝隙均用砂浆勾缝。若拱肋局部出现裂纹（宽度≤0.1mm），可先用环氧砂浆进行封闭，如发展情况较为严重、缝宽加大、加密，可在该区段内粘贴钢筋（钢板）、或锚固一层U形钢丝网后，覆盖一层2～5cm厚的环氧砂浆。若此肋出现较大范围的裂纹，则将钢筋粘附于肋底及两侧，使之状如马蹄以扩大肋底断面。所粘附的粗筋与原有主筋进行电焊挂连，并伸入墩台帽内，其后浇筑混凝土将附加筋覆盖。若桥孔内有三根以上的肋均出现较严重的裂缝时，除考虑超重车过桥的原因外，还应考虑桥孔跨径的变化。若进行全面整治，应与拆除重建进行经济技术比较。三、加固方法双曲拱桥的加固应结合下部构造的维修加固进行。上部构造的维修、加固主要指对拱肋的加强，拱横向系梁的加强以及上部结构填料的调整等。常见加固方法有：1）粘贴钢板加固拱肋。2）粘贴钢筋加固拱肋。3）增大拱肋截面加固法。4）螺栓钢板结合加固拱肋对策5）增设拱肋加固法。6）增加横系梁加固法。7）调整拱上自重、改变结构体系加固法。（1）清除拱上填料加固法；（2）拆除拱上建筑，改建为桁架拱加固法；（3）拆除拱上建筑，改建为刚架拱加固法；8）体外预应力加固法。9）顶推加固法。事实上，梁桥中的加固法对拱桥加固在多数情况下仍然是适用的，关键是看结构的受力情况。拱桥中的粘贴加固法和梁桥是相同的。增大截面法在拱桥中的应用也很多。增设辅助构件加固拱桥也是常见的方法，增设拱肋可以改变桥面宽度，也可以不改变。在桥面两侧增设拱肋时，有的被称为拱托法。顶推加固法详见第四节。加固方法的内容见表8-3。第三节桁架拱桥、钢管混凝土拱桥加固方法桁架拱桥（钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土桁架拱桥）是我国上世纪六十年代发展的又一种拱式结构。因其具有受力合理、装配化程度高（工序少，工期短，人工省）、自重较轻、抗震性好等优点在全国范围内很快得到了推广应用。然而，由于文革时设计、施工的经验不足及其他时代原因，很多拱桥建成后就存在一定问题。先将其常见病害及维修、加固对策一并介绍如下一、桁架拱桥常见病害桁架拱桥常见病害见表8-4。二、桁架拱桥加固的力学要点钢筋混凝土上桁架拱桥，端部下弦杆承受最大应力，当有撞损时应及时进行维修加固。各腹杆与上下弦铰结处出现的裂缝可用砂浆封固。若下弦根部出现横向裂纹，则要立即加强、加固横向联结，杜绝摆动，同时用环氧砂浆封闭裂纹（缝）。钢筋混凝土桁架拱桥无论是有铰或无铰，其受拉杆件和受压杆件的节点处钢筋密集，受力复杂，常在节点处产生发纹、裂缝。在裂缝允许宽度内可用环氧粘结剂、改性乳胶漆封闭；如缝宽较为严重，则可在节点附近设置一定形状和尺寸的型钢，在节点两侧铺设预应力钢筋（如为受压杆件时设置型钢以避免断裂），通过型钢孔将钢丝（筋）预拉锚固于型钢上，再用环氧砂浆封闭。跨中设有铰或挂孔的桁架拱形桁梁，上弦承受最大张力，铰或挂点出现下垂时，如有可能可在预留孔中穿入预应力筋，或在桥面铺设预应力钢丝束（筋）与铰或挂点连接，施张后锚固于墩台的后下方。施张时在下垂点配合千斤顶及其他吊装设施辅助提升张拉。新增的预应力筋应用混凝土覆盖。上承式桁式组合预应力混凝土拱桥，结点处钢筋密集，受力复杂，成形后产生的裂纹一般用粘结砂浆涂抹或粘贴钢材，肢杆、接缝处出现较为严重的损伤则在其两旁施加预应力钢筋进行加固。参与上弦工作的桥面板需抽换时应暂停使用。三、桁架拱桥加固方法在需要提高桁架拱桥主要受力部位如下弦杆、实腹杆等的承载能力时采用，构件截面增强的方式主要有三种：凿除原杆件钢筋混凝土保护层，加筑钢筋混凝土补强断面，新旧断面依靠钢筋和混凝土紧密连接；粘贴钢板或钢筋进行补强；预制好补强杆件，再用电焊焊接钢板方式与原杆什相连，形成一个整体而共同受力，如图8-1所示，为预制构件与原构件用钢板连接的加固方式。如果桥台发生位移且对结构内力影响较大时，可采用顶推的方法加固。当桥面由于板块断裂而出现空洞时可采用重新安装新板或用悬吊式模扳进行局部修补的方法进行处理，如图8-2所示。当需加固桥面且基础承载力允许时，亦可采取增铺桥面补强层等加固对策。四、钢管混凝土拱桥加固方法钢管混凝土的外包混凝土在某些区段出现折皱、龟裂、垂直裂纹，其成因复杂，当无明显的变形时暂用水泥砂浆涂抹，加强观察。拱脚段为钢筋混凝土包裹，以上区段为裸露的钢管混凝土，在交界段上露出的钢管面上的油漆层若出现折皱、龟裂，在排除油漆质量、气温、老化等原因外，宜再将包裹混凝土向上延长。裸露的钢管混凝土钢管表层出现收缩状褶皱（一般是钢管的厚度不足或套箍技术指标未达到设计要求，以及格构的节间长度不当），可在钢管外层浇筑一层钢筋混凝